無(wú)機(jī)合成化學(xué)3

1、西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院COLLEGE OF CHEMISTRY & MATERIALS SCIENCECONCISE INORGANIC SYNTHESIS CHEMISTRY 無(wú)機(jī)合成化學(xué)簡(jiǎn)明教程無(wú)機(jī)合成化學(xué)簡(jiǎn)明教程第第 3 章章 低溫合成低溫合成/高溫合成高溫合成/ 高壓合成與應(yīng)高壓合成與應(yīng) 用用本章引言本章引言 3.1 低溫合成低溫合成 3.2 高溫合成高溫合成 3.3 高壓合成高壓合成 本章引言本章引言M.V.Lomonosov M.V.Lomonosov “化學(xué)是第二自然的創(chuàng)造者?；瘜W(xué)是第二自然的創(chuàng)造者?！扁佀徕浘ы氹募{米管秋風(fēng)細(xì)雨灞柳寒大雪壓松

2、 一點(diǎn)不假一點(diǎn)不假，合成化學(xué)不僅可仿制出許多自然界已合成化學(xué)不僅可仿制出許多自然界已存在的物質(zhì)，而且能更多地創(chuàng)造出自然界不存在的物質(zhì)。許存在的物質(zhì)，而且能更多地創(chuàng)造出自然界不存在的物質(zhì)。許多合成產(chǎn)品，由于原料豐富易得，制備簡(jiǎn)單方便，加工方式多合成產(chǎn)品，由于原料豐富易得，制備簡(jiǎn)單方便，加工方式多樣，性能千變?nèi)f化，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)論在能源、材料、多樣，性能千變?nèi)f化，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，無(wú)論在能源、材料、信息還是環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、生命科學(xué)等領(lǐng)域都顯示了無(wú)信息還是環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、生命科學(xué)等領(lǐng)域都顯示了無(wú)比的優(yōu)越性，極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和改變了世比的優(yōu)越性，極大地推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和改變

3、了世界。也正是因?yàn)檫@點(diǎn)，許多新的功能材料的合成同時(shí)促成了界。也正是因?yàn)檫@點(diǎn)，許多新的功能材料的合成同時(shí)促成了新的合成方法的誕生和成熟。新的合成方法的誕生和成熟。 本章將系統(tǒng)而簡(jiǎn)潔地介紹低溫合成、高溫合成和高壓合本章將系統(tǒng)而簡(jiǎn)潔地介紹低溫合成、高溫合成和高壓合成三種合成方法，以及它們的一些重要應(yīng)用。成三種合成方法，以及它們的一些重要應(yīng)用。3.1 低溫合成低溫合成 3.1.1 概念與實(shí)例概念與實(shí)例 低溫的概念低溫的概念 低溫技術(shù)不僅與人們當(dāng)代高質(zhì)量生活息息相關(guān)，同時(shí)與低溫技術(shù)不僅與人們當(dāng)代高質(zhì)量生活息息相關(guān)，同時(shí)與當(dāng)今許多尖端科學(xué)研究當(dāng)今許多尖端科學(xué)研究(諸如超導(dǎo)技術(shù)、航天與航空技術(shù)、高諸如超導(dǎo)技

4、術(shù)、航天與航空技術(shù)、高能物理、受控?zé)岷司圩?、遠(yuǎn)紅外探測(cè)、精密電磁計(jì)量、生物能物理、受控?zé)岷司圩?、遠(yuǎn)紅外探測(cè)、精密電磁計(jì)量、生物學(xué)和生命科學(xué)等學(xué)和生命科學(xué)等)密不可分。在超低溫條件下，物質(zhì)的特性會(huì)密不可分。在超低溫條件下，物質(zhì)的特性會(huì)出現(xiàn)奇妙的變化：空氣變成了液體或固體；生物細(xì)胞或組織出現(xiàn)奇妙的變化：空氣變成了液體或固體；生物細(xì)胞或組織可以長(zhǎng)期貯存而不死亡；導(dǎo)體的電阻消失（超導(dǎo)電現(xiàn)象）可以長(zhǎng)期貯存而不死亡；導(dǎo)體的電阻消失（超導(dǎo)電現(xiàn)象）了，了，而磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體（完全抗磁現(xiàn)象）；液體氦的黏滯而磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體（完全抗磁現(xiàn)象）；液體氦的黏滯性幾乎為零（性幾乎為零（ 超流現(xiàn)象），而導(dǎo)熱性能比高

5、純銅還好。超流現(xiàn)象），而導(dǎo)熱性能比高純銅還好。超流態(tài)超流態(tài) 1937年，原蘇聯(lián)物理學(xué)家彼得年，原蘇聯(lián)物理學(xué)家彼得列奧尼多維奇列奧尼多維奇卡皮察卡皮察（18941984年）驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液態(tài)氦的溫度降到年）驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液態(tài)氦的溫度降到2.17K的時(shí)候，它就由原來(lái)液體的一般流動(dòng)性突然變化為的時(shí)候，它就由原來(lái)液體的一般流動(dòng)性突然變化為“超流動(dòng)超流動(dòng)性性”：它可以無(wú)任何阻礙地通過(guò)連氣體都無(wú)法通過(guò)的極微?。核梢詿o(wú)任何阻礙地通過(guò)連氣體都無(wú)法通過(guò)的極微小的孔或狹縫（線度約的孔或狹縫（線度約10萬(wàn)分之一厘米），還可以沿著杯壁萬(wàn)分之一厘米），還可以沿著杯壁“爬爬”出杯口外。我們將具有超流動(dòng)性的物態(tài)稱為出杯口

6、外。我們將具有超流動(dòng)性的物態(tài)稱為“超流超流態(tài)態(tài)”。但是目前只發(fā)現(xiàn)低于。但是目前只發(fā)現(xiàn)低于2.17K的液態(tài)氦有這種物態(tài)。的液態(tài)氦有這種物態(tài)。 對(duì)于一般液體來(lái)說(shuō)，隨著溫度降低，密度會(huì)逐漸增加。對(duì)于一般液體來(lái)說(shuō)，隨著溫度降低，密度會(huì)逐漸增加。他將液態(tài)氦的溫度下降，果然，液氦的密度增大了。但是，他將液態(tài)氦的溫度下降，果然，液氦的密度增大了。但是，當(dāng)溫度下降到零下當(dāng)溫度下降到零下271的時(shí)候，怪事出現(xiàn)了，液態(tài)氦突然停的時(shí)候，怪事出現(xiàn)了，液態(tài)氦突然停止起泡（氦止起泡（氦），變成像水晶一樣的透明，一動(dòng)也不動(dòng)，好），變成像水晶一樣的透明，一動(dòng)也不動(dòng)，好像一潭死水（氦像一潭死水（氦），而密度突然又減小了。），而

7、密度突然又減小了。 在一根玻璃管里，在一根玻璃管里，裝著很細(xì)的金剛砂，裝著很細(xì)的金剛砂，上端接出來(lái)一根細(xì)的上端接出來(lái)一根細(xì)的噴嘴。將玻璃管浸到噴嘴。將玻璃管浸到氦氦中，用光照玻璃中，用光照玻璃管粗的下部，細(xì)噴嘴管粗的下部，細(xì)噴嘴就會(huì)噴出氦就會(huì)噴出氦的噴泉，的噴泉，光越強(qiáng)噴得越高，可光越強(qiáng)噴得越高，可高達(dá)數(shù)厘米。高達(dá)數(shù)厘米。 光照光照 美國(guó)北卡羅萊納州夏洛美國(guó)北卡羅萊納州夏洛特市特市39歲男子克里斯在歲男子克里斯在13歲歲那年被診斷出患有白血病，那年被診斷出患有白血病，克里斯接受放療前冷凍了一克里斯接受放療前冷凍了一部分自己的精子。多年后克部分自己的精子。多年后克里斯成婚，用冷凍了里斯成婚，用冷

8、凍了22年的年的精子讓妻子成功受孕，精子讓妻子成功受孕，1986年年2月月25日他們順利誕下一名日他們順利誕下一名健康女?huà)?。這不但創(chuàng)下了一健康女?huà)搿＿@不但創(chuàng)下了一個(gè)醫(yī)學(xué)奇跡，他們的女兒也個(gè)醫(yī)學(xué)奇跡，他們的女兒也被媒體稱為被媒體稱為“來(lái)自來(lái)自1986年的年的超時(shí)空女?huà)氤瑫r(shí)空女?huà)搿薄?溫度與物態(tài)溫度與物態(tài)升高溫度(數(shù)百萬(wàn)度) 物質(zhì)的第四態(tài)物質(zhì)的第四態(tài)( (等離子態(tài)或超氣態(tài)等離子態(tài)或超氣態(tài)) ) 溫度低于臨界溫度溫度低于臨界溫度 物質(zhì)的第五態(tài)物質(zhì)的第五態(tài)( (超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)) ) P超高壓超高壓高壓高壓常壓常壓低壓低壓超低壓超低壓真空真空超超低低溫溫低低溫溫常常溫溫高高溫溫超超高高溫溫

9、T物態(tài)物態(tài)- -壓力壓力- -溫度溫度超流超流超導(dǎo)超導(dǎo)金屬氫等金屬氫等固態(tài)固態(tài)液晶液晶液態(tài)液態(tài)氣態(tài)氣態(tài)超固態(tài)超固態(tài)中子態(tài)中子態(tài)黑洞黑洞等離子體等離子體物質(zhì)第四態(tài)物質(zhì)第四態(tài)等離子態(tài)等離子態(tài) 將氣體加熱，當(dāng)其原子達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)攝氏度時(shí)，電將氣體加熱，當(dāng)其原子達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)攝氏度時(shí)，電子就會(huì)被原子子就會(huì)被原子“甩甩”掉，原子變成只帶正電荷的離子。此時(shí)，掉，原子變成只帶正電荷的離子。此時(shí)，電子和離子帶的電荷相反，但數(shù)量相等，這種狀態(tài)稱為等離電子和離子帶的電荷相反，但數(shù)量相等，這種狀態(tài)稱為等離子態(tài)。等離子態(tài)是由等量的帶負(fù)電的電子和帶正電的離子組子態(tài)。等離子態(tài)是由等量的帶負(fù)電的電子和帶正電的離子組成，

10、處于等離子態(tài)的物質(zhì)為等離子體（成，處于等離子態(tài)的物質(zhì)為等離子體（plasma）。）。 等離子體在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事等離子體在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和軍事上都有廣泛的用途，如利用等離子上都有廣泛的用途，如利用等離子弧進(jìn)行切割、焊接、噴涂，利用等弧進(jìn)行切割、焊接、噴涂，利用等離子體制造各種新穎的光源和顯示離子體制造各種新穎的光源和顯示器等。如果利用這種顯示器制造電器等。如果利用這種顯示器制造電視，那么電視機(jī)可以像畫(huà)一樣掛在視，那么電視機(jī)可以像畫(huà)一樣掛在墻上。用等離子體技術(shù)處理高分子墻上。用等離子體技術(shù)處理高分子材料，包括塑料和紡織物，既能改材料，包括塑料和紡織物，既能改變材料的表面性質(zhì)，又能保留原材變材料的表面

11、性質(zhì)，又能保留原材料的優(yōu)異性能，而且無(wú)污染。在軍料的優(yōu)異性能，而且無(wú)污染。在軍事上可以利用等離子體來(lái)規(guī)避探測(cè)事上可以利用等離子體來(lái)規(guī)避探測(cè)系統(tǒng)，用于飛機(jī)等武器裝備的隱形。系統(tǒng)，用于飛機(jī)等武器裝備的隱形。物質(zhì)第五態(tài)物質(zhì)第五態(tài)超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài)超導(dǎo)態(tài)和超流態(tài) 物質(zhì)的第五態(tài)就是玻色物質(zhì)的第五態(tài)就是玻色-愛(ài)因斯坦凝聚愛(ài)因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱BEC)，它是科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦在，它是科學(xué)巨匠愛(ài)因斯坦在80多多年前預(yù)言的一種新物態(tài)：預(yù)言當(dāng)原來(lái)不同狀態(tài)的原子在溫度年前預(yù)言的一種新物態(tài)：預(yù)言當(dāng)原來(lái)不同狀態(tài)的原子在溫度足夠低時(shí)，會(huì)突然聚集在一種盡可能低的能量狀態(tài)，即

12、處于足夠低時(shí)，會(huì)突然聚集在一種盡可能低的能量狀態(tài)，即處于不同狀態(tài)的原子不同狀態(tài)的原子“凝聚凝聚”到了同一種狀態(tài)到了同一種狀態(tài)(一般是基態(tài)一般是基態(tài)) 。玻色愛(ài)因斯坦 1995年，人們使用氣態(tài)的銣原子在年，人們使用氣態(tài)的銣原子在170nK的低溫下首次的低溫下首次獲得了玻色獲得了玻色-愛(ài)因斯坦凝聚。愛(ài)因斯坦凝聚。 凱特利凱特利康奈爾康奈爾威曼威曼 美國(guó)因茨大學(xué)的物理學(xué)家們開(kāi)發(fā)出高分辨率掃描電子顯美國(guó)因茨大學(xué)的物理學(xué)家們開(kāi)發(fā)出高分辨率掃描電子顯微鏡，其空間分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往使用的任何方法，能以極微鏡，其空間分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往使用的任何方法，能以極細(xì)電子束掃描超冷原子云，使得最微小的結(jié)構(gòu)都清晰可見(jiàn)，細(xì)

13、電子束掃描超冷原子云，使得最微小的結(jié)構(gòu)都清晰可見(jiàn)，因此可用于繪制因此可用于繪制“玻色玻色-愛(ài)因斯坦冷凝物愛(ài)因斯坦冷凝物”中的單個(gè)原子。同中的單個(gè)原子。同時(shí)，研究人員成功使光晶格的結(jié)構(gòu)變得可見(jiàn)，只要將冷原子時(shí)，研究人員成功使光晶格的結(jié)構(gòu)變得可見(jiàn)，只要將冷原子置于其中，就可籍調(diào)控光晶格來(lái)操控原子間的位置。置于其中，就可籍調(diào)控光晶格來(lái)操控原子間的位置。 高分辨率掃描電子顯微鏡高分辨率掃描電子顯微鏡T. Gericke, P.Wrtz, D.Reitz, et al. Nature Physics, 2008,4:949 低溫溫度區(qū)的劃分低溫溫度區(qū)的劃分從環(huán)境溫度到從環(huán)境溫度到120 K(約約 -15

14、3 )稱之為普冷區(qū)稱之為普冷區(qū) 從從120K 到絕對(duì)零度到絕對(duì)零度(-273.15 )稱之為深冷區(qū)稱之為深冷區(qū) 低溫合成實(shí)例低溫合成實(shí)例 制備氫氰酸制備氫氰酸 易揮發(fā)性化合物易揮發(fā)性化合物的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低，的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低，合成時(shí)副反應(yīng)復(fù)雜，合成時(shí)副反應(yīng)復(fù)雜，因此，此類化合物的因此，此類化合物的合成和純化都需要在合成和純化都需要在低溫下進(jìn)行。例如，低溫下進(jìn)行。例如，在用氰化鈉和硫酸制在用氰化鈉和硫酸制備氫氰酸備氫氰酸(HCN)時(shí)，時(shí)，HCN氣體與水氣分離氣體與水氣分離采用冷卻的方法，最采用冷卻的方法，最后純后純HCN用冰鹽劑冷用冰鹽劑冷卻收集。卻收集。HCN2SONaSOHNaCN24242

15、低溫放電合成氟化氪低溫放電合成氟化氪 由于稀有氣體自身就是在低溫下進(jìn)行分離純化的，它們由于稀有氣體自身就是在低溫下進(jìn)行分離純化的，它們的的些化合物也是在低溫下合成的。些化合物也是在低溫下合成的。1963年年Streng 首先用首先用低溫放電法制備低溫放電法制備KrF2獲得成功。獲得成功。189187A.Streng.Univ.of Chicago,1963,73 W.E.Falconer.J.Chem.Phys.1964,41:902F.Schreiner.J.Amer.Chem.Soc.1965,87:253.1.2 低溫的獲得低溫的獲得 恒溫低溫浴恒溫低溫浴常用冷浴常用冷浴冷浴冷浴溫度溫度

16、/冰-水糊狀物0四氯化碳糊狀物22.8液氨3345氯苯糊狀物45.2氯仿糊狀物63.5干冰浴78.5乙酸乙酯糊狀物83.6甲苯糊狀物95二硫化碳糊狀物111.6甲基環(huán)己烷糊狀物126.3正戊烷糊狀物130異戊烷糊狀物160.5液氧183液氮196 低溫合成需要的低低溫合成需要的低溫源裝置可分為制冷浴溫源裝置可分為制冷浴與相變制冷浴。與相變制冷浴。 干冰啤酒干冰水果 制冷產(chǎn)生低溫制冷產(chǎn)生低溫基本方法目前所達(dá)到的最低溫度液氧正常沸點(diǎn) 90K，減壓降溫到 54K（三相點(diǎn)）液氦正常沸點(diǎn) 77K ，減壓降溫到 634K（三相點(diǎn)）液氖正常沸點(diǎn) 27K ， 減壓降溫到 24K（三相點(diǎn)）液氫正常沸點(diǎn) 20K

17、，減壓降溫到 14K（三相點(diǎn)）液4He正常沸點(diǎn) 4.2K ， 減壓降溫到 0.84K液3He正常沸點(diǎn) 3.2K ， 減壓降溫到 0.3K稀釋制冷1965年 0.22K，1966年 25mK1968年 5.5mK， 1972年 3mK1978年 2mK波麥蘭丘克制冷1.2mK（在0.319K以下沿溶解曲線絕熱壓縮3He固液混合物）順磁鹽絕熱去磁1.9m K（順磁鹽硝酸鈰鎂的有序溫度）核絕熱去磁910-6K（二極銅核去磁，晶格和電子系統(tǒng)溫度）510-8K（二極銅核去磁，核系統(tǒng)溫度）獲取低溫的基本方法及目前所達(dá)到的最低溫度獲取低溫的基本方法及目前所達(dá)到的最低溫度科學(xué)研究中使用的大型氦制冷機(jī)科學(xué)研究中

18、使用的大型氦制冷機(jī) 一種國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室制冷裝置一種國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室制冷裝置 國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室制冷裝置，它國(guó)產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室制冷裝置，它有以下一些特點(diǎn)：有以下一些特點(diǎn)： 可同時(shí)做可同時(shí)做110個(gè)溫度個(gè)溫度和攪拌速度相同的平行試驗(yàn)；和攪拌速度相同的平行試驗(yàn)； 蓋子頂部有蓋子頂部有19/32標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)接口接口,并帶有惰性氣體和真空接并帶有惰性氣體和真空接口；口； 載冷劑為無(wú)水乙醇；載冷劑為無(wú)水乙醇； 冷源由全封閉壓縮機(jī)制冷源由全封閉壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)提供；冷系統(tǒng)提供； 溫 度 范 圍 ： 室 溫溫 度 范 圍 ： 室 溫 -70。 低溫恒溫器低溫恒溫器70以下溫度的裝置以下溫度的裝置 150以下溫度的裝置以下溫度的裝置 儲(chǔ)存液化

19、氣體的裝置儲(chǔ)存液化氣體的裝置 儲(chǔ)存液化氣體的杜瓦瓶?jī)?chǔ)存液化氣體的杜瓦瓶1-管塞；2-內(nèi)頸管；3-內(nèi)容器；4-外殼體；5-拉手；6-支撐墊；7-鋁殼；8-吸附盤(pán)；9-彈簧；10-抽氣嘴；11-抽氣管護(hù)罩 儲(chǔ)存液化氣體的鋼瓶?jī)?chǔ)存液化氣體的鋼瓶 氣體名稱鋼瓶外表顏色字樣顏色氣體名稱鋼瓶外表顏色字樣顏色氧氣天藍(lán)黑色空氣黑色白色氫氣綠色紅色二氧化碳黑色黃色氮?dú)夂谏S色氬氣灰色綠色氨氣黃色黑色乙炔白色紅色氯氣草綠白色石油氣體灰色紅色乙烯紅色白色氣體鋼瓶的安全使用氣體鋼瓶的安全使用 氣瓶必須連接壓力調(diào)節(jié)器，經(jīng)降壓后，再流出使用，不要直接連接氣瓶閥氣瓶必須連接壓力調(diào)節(jié)器，經(jīng)降壓后，再流出使用，不要直接連接氣瓶

20、閥門(mén)使用氣體。各種氣體的調(diào)節(jié)器及配管不要混亂使用，使用氧氣時(shí)要尤其注意此門(mén)使用氣體。各種氣體的調(diào)節(jié)器及配管不要混亂使用，使用氧氣時(shí)要尤其注意此問(wèn)題，否則可能發(fā)生爆炸。問(wèn)題，否則可能發(fā)生爆炸。 安裝調(diào)節(jié)器、配管等要用絕對(duì)合適的。若不合適，絕不能用力強(qiáng)求吻合，安裝調(diào)節(jié)器、配管等要用絕對(duì)合適的。若不合適，絕不能用力強(qiáng)求吻合，接合口不要放潤(rùn)滑油，不要焊接。安裝后試接口，不漏氣方可使用。接合口不要放潤(rùn)滑油，不要焊接。安裝后試接口，不漏氣方可使用。 保持閥門(mén)清潔，防止砂礫、穢物或污水等侵入閥門(mén)套管，引起漏氣。保持閥門(mén)清潔，防止砂礫、穢物或污水等侵入閥門(mén)套管，引起漏氣。 開(kāi)閥門(mén)時(shí)，應(yīng)徐徐進(jìn)行；關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，以

21、能將氣體截止流出為宜，適可而開(kāi)閥門(mén)時(shí)，應(yīng)徐徐進(jìn)行；關(guān)閉閥門(mén)時(shí)，以能將氣體截止流出為宜，適可而止，不要過(guò)度用力。止，不要過(guò)度用力。 易燃?xì)怏w的氣瓶，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器后，應(yīng)裝單向閥門(mén)，防止回火。易燃?xì)怏w的氣瓶，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器后，應(yīng)裝單向閥門(mén)，防止回火。 氣瓶不要和電器電線接觸，以免發(fā)生電弧，使瓶?jī)?nèi)氣體受熱發(fā)生危險(xiǎn)。氣瓶不要和電器電線接觸，以免發(fā)生電弧，使瓶?jī)?nèi)氣體受熱發(fā)生危險(xiǎn)。 易燃?xì)怏w或腐蝕氣體，每次實(shí)驗(yàn)完畢都應(yīng)將與儀器的連接管拆除，不要連易燃?xì)怏w或腐蝕氣體，每次實(shí)驗(yàn)完畢都應(yīng)將與儀器的連接管拆除，不要連接過(guò)夜。接過(guò)夜。 氣瓶?jī)?nèi)的氣體不能用盡，即輸入氣體壓力表指壓不應(yīng)為零，否則，可能混氣瓶?jī)?nèi)的氣體不能用盡

22、，即輸入氣體壓力表指壓不應(yīng)為零，否則，可能混入空氣，再重裝的氣體工作時(shí)會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。入空氣，再重裝的氣體工作時(shí)會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。 氣瓶附近必須有合適的滅火器，且工作場(chǎng)所通風(fēng)良好。氣瓶附近必須有合適的滅火器，且工作場(chǎng)所通風(fēng)良好。 低溫的測(cè)量低溫的測(cè)量 蒸氣壓溫度計(jì)蒸氣壓溫度計(jì) 理論上液體的蒸氣壓可理論上液體的蒸氣壓可以從克勞修斯以從克勞修斯-克拉伯龍方程克拉伯龍方程積分得出：積分得出：VTLVSdTdp V是蒸發(fā)時(shí)體積的變化，是蒸發(fā)時(shí)體積的變化，L為氣化熱，液體的體積為氣化熱，液體的體積Vl和和氣體的體積氣體的體積Vg相比可以忽略不相比可以忽略不計(jì)，假定蒸氣是理想氣體，則計(jì)，假定蒸氣是理想氣體，則可簡(jiǎn)化

23、、積分得：可簡(jiǎn)化、積分得：cRTLpln蒸氣壓溫度計(jì)蒸氣壓溫度計(jì) 低溫?zé)犭娕嫉蜏責(zé)犭娕?熱電偶中熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系如下：熱電偶中熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系如下： KTV K為溫度系數(shù)。通常在為溫度系數(shù)。通常在 73 KT273 K，通過(guò)三個(gè)固定點(diǎn)，通過(guò)三個(gè)固定點(diǎn)(冰點(diǎn)冰點(diǎn)0，固態(tài)二氧化碳的升華點(diǎn)，固態(tài)二氧化碳的升華點(diǎn)78及液氮正常沸點(diǎn)及液氮正常沸點(diǎn)77 K)測(cè)得的電勢(shì)值及三個(gè)固定點(diǎn)溫度值，求出下式中的測(cè)得的電勢(shì)值及三個(gè)固定點(diǎn)溫度值，求出下式中的a、b、c值來(lái)標(biāo)定熱電偶：值來(lái)標(biāo)定熱電偶：32ctbtatV 以此可得到熱電偶的溫度分度依據(jù)公式，再通過(guò)插入法以此可得到熱電偶的溫度分度依據(jù)公式，再通過(guò)

24、插入法作出溫度分度表。作出溫度分度表。 名 稱測(cè)溫范圍/K銅- (60%Cu+40%Ni)75300鎳鉻-康銅20300鎳鉻（48%52%）-金鐵(金+0.03 %0.07 %原子鐵)2300鎳鉻-銅鐵(銅+0.02 %0.507 %原子鐵)2300 低溫電阻溫度計(jì)低溫電阻溫度計(jì) 電阻溫度計(jì)是利用感溫元件的電阻與溫度之間存在一定電阻溫度計(jì)是利用感溫元件的電阻與溫度之間存在一定的關(guān)系制成：的關(guān)系制成：)1 (320ttatRRt式中，式中，Rt、R0 是溫度是溫度 t 及及0 時(shí)的電阻值；時(shí)的電阻值；、是常數(shù)。是常數(shù)。 一些常用低溫?zé)犭娮铚囟扔?jì)的性質(zhì)一些常用低溫?zé)犭娮铚囟扔?jì)的性質(zhì) 溫度計(jì)類型測(cè)量

25、范圍/K精度穩(wěn)定性熱循環(huán)磁場(chǎng)的影響E-熱電偶303001.03.00.51.0鉑電阻20300.20.50.10.4CLTS2.42701.03.00.10.5碳玻璃電阻1.53000.02(4.2K)1.05小碳電阻1.5300.05(4.2K)1.0大小鍺電阻4.01000.01(4.2K)0.51.0大3.1.3 低溫合成技術(shù)的應(yīng)用低溫合成技術(shù)的應(yīng)用 稀有氣體化合物的合成稀有氣體化合物的合成 KrF2的低溫放電合成的低溫放電合成 1963年年Streng 首先首先用低溫放電法制備用低溫放電法制備KrF2獲 得 成 功 。 隨 后 ，獲 得 成 功 。 隨 后 ，Schreiner等于等于

26、1963年年獲得了獲得了KrF2。 XeO4的低溫水解合成的低溫水解合成 將高氙酸鹽放入帶支管的玻璃儀器中，在室溫下緩慢滴將高氙酸鹽放入帶支管的玻璃儀器中，在室溫下緩慢滴入入5的濃硫酸的濃硫酸(加入太快會(huì)分解，伴有閃光或火花）生成加入太快會(huì)分解，伴有閃光或火花）生成XeO4氣體。將此氣體收集在液氮冷凝器中，呈黃色固體。然氣體。將此氣體收集在液氮冷凝器中，呈黃色固體。然后進(jìn)行真空升華即得到純的四氧化氙，儲(chǔ)于后進(jìn)行真空升華即得到純的四氧化氙，儲(chǔ)于78的冷凝容的冷凝容器中，因?yàn)楣腆w也極不穩(wěn)定，甚至在器中，因?yàn)楣腆w也極不穩(wěn)定，甚至在40下也發(fā)生爆炸：下也發(fā)生爆炸： 242OXeXeO 高氙酸鹽與濃硫酸

27、的反應(yīng)如下：高氙酸鹽與濃硫酸的反應(yīng)如下： OH2SONa2XeOSOH2XeONa24244264OH2SOBa2XeOSOH2XeOBa24244262 XeF2的低溫光化學(xué)合成的低溫光化學(xué)合成 光化學(xué)制備光化學(xué)制備XeF2的儀器的儀器1-反應(yīng)室（內(nèi)裝鎳和蒙銅合金制造的反應(yīng)池）；2-真空密封的藍(lán)寶石窗口；3-U形管；4-圓柱形平衡容器；5-蒙銅合金壓力表；6-蒙銅閥門(mén)；7-高壓汞燈；8-濾光器；9-石英透鏡 裝置抽空，將氙通入反裝置抽空，將氙通入反應(yīng)池直到壓強(qiáng)至應(yīng)池直到壓強(qiáng)至6.5104Pa。液氮冷凝，將計(jì)算量的氟充液氮冷凝，將計(jì)算量的氟充入反應(yīng)池，關(guān)閉閥入反應(yīng)池，關(guān)閉閥6。 當(dāng)放置當(dāng)放置在

28、在78冷浴和給電熱絲通電冷浴和給電熱絲通電時(shí)，用時(shí)，用2300035000nm的紫的紫外光照射氙和氟的混合物，外光照射氙和氟的混合物，即反應(yīng)生成一種晶狀固體二即反應(yīng)生成一種晶狀固體二氟化氙。在氟化氙。在78下連續(xù)捕集，下連續(xù)捕集，可得到純凈的二氟化氙。最可得到純凈的二氟化氙。最后將反應(yīng)池與鎳真空系統(tǒng)連后將反應(yīng)池與鎳真空系統(tǒng)連通，抽除未反應(yīng)的通，抽除未反應(yīng)的Xe和和F2，二氟化氙則保留在二氟化氙則保留在78的的U形管中。形管中。XeF2的其他合成方法的其他合成方法 按熱力學(xué)計(jì)算，在合成時(shí)按熱力學(xué)計(jì)算，在合成時(shí)Xe/F2的配料比為的配料比為1.3/12.0/1,壓力為壓力為(1.5-4.6)105

29、Pa,溫度溫度400,反應(yīng)約反應(yīng)約2h，生成物收集，生成物收集在在-75的捕集器中。的捕集器中。 XeF2的合成的合成-提純系統(tǒng)提純系統(tǒng) A-蒙乃爾閥，B-用以使氣體凝聚的鎳制U型阱，C-蒙乃爾壓力表，D-儲(chǔ)存氣體的鎳制容器，E-聚四氟乙烯反應(yīng)管，F(xiàn)-鎳制反應(yīng)容器，G-裝有堿石灰（氫氧化鈉與氫氧化鈣的混合物）的鎳制管，用以中和 HF 并與 F2 和氧化性氟化合物發(fā)生反應(yīng).合成合成XeF2的各種方法的各種方法 622放電4622放電4FSiXeF2SiFXe,FCXeF2CFXe325CrFXeFCrFXe)(XeFClCFXe222通過(guò)放電管)Pa,500K10(250XeFOFCFXe523

30、Pa,450K)10(150XeFFFSOXe5232222OXeFFOXe)(2XeFXeXeF24高壓下）的氟化物的混合物（過(guò)量C15080XeXe)(FN22序號(hào)方 法1加熱合成法：將分壓分別為8104和2.7105Pa的Xe和F2通入一支鎳（起催化作用）反應(yīng)管中，加熱至約400即可2光化學(xué)合成法：如上所述3放電合成法; Xe和F2混合物通過(guò)感應(yīng)線圈放電電極，在冷凍的指形管中（-78）捕集產(chǎn)物4流動(dòng)法：用氧或空氣為載體，反應(yīng)溫度250400，產(chǎn)率為60 % 70%5射線法：高強(qiáng)度60Co射線照射Xe和F2混合物6電子束照射法：用van de Graaff 加速器高能電子束照射Xe氣和F2

31、氣混合物789101112通過(guò)CsI窗孔紫外線照射Xe和F2混合物（20K）13如上方法之二1415 RnF2的低溫光化學(xué)合成的低溫光化學(xué)合成 令從氯化鐳水溶液上面搜集的氡氣令從氯化鐳水溶液上面搜集的氡氣(222Rn)通過(guò)一支高氯酸鎂干燥管，然后進(jìn)通過(guò)一支高氯酸鎂干燥管，然后進(jìn)入先用氟處理過(guò)的儲(chǔ)氣瓶入先用氟處理過(guò)的儲(chǔ)氣瓶A,使其與同一套金屬真空系統(tǒng)相連。當(dāng)氡氣進(jìn)入溫度為使其與同一套金屬真空系統(tǒng)相連。當(dāng)氡氣進(jìn)入溫度為-195的冷阱的冷阱B經(jīng)冷凍后，升溫至經(jīng)冷凍后，升溫至-78，再抽入鎳反應(yīng)器，再抽入鎳反應(yīng)器E中，再將壓力為中，再將壓力為40 kPa 的氟氣也抽入的氟氣也抽入E中。此時(shí)，將反應(yīng)器加

32、熱到中。此時(shí)，將反應(yīng)器加熱到400達(dá)達(dá)30min，使之化合。再將，使之化合。再將反應(yīng)器冷凍到反應(yīng)器冷凍到-78，通過(guò)冷阱，通過(guò)冷阱G抽去未反應(yīng)的氟。緩緩加熱反應(yīng)器抽去未反應(yīng)的氟。緩緩加熱反應(yīng)器E至至150并并抽真空抽真空(10-410-5 kPa),氡仍留在反應(yīng)器內(nèi)。再將反應(yīng)器加熱到氡仍留在反應(yīng)器內(nèi)。再將反應(yīng)器加熱到230250，一部，一部分分RnF2才逸出，凝聚在溫度約為才逸出，凝聚在溫度約為100的氣閥處。的氣閥處。 堿金屬及其化臺(tái)物同液氨的反應(yīng)堿金屬及其化臺(tái)物同液氨的反應(yīng) (am)e(am)MM(s)(l)NH3 堿金屬堿金屬溫度溫度/溶解度溶解度/mol(1000gNH3)-1反應(yīng)時(shí)間

33、反應(yīng)時(shí)間Li-63.5-33.2015.415.6616.31很長(zhǎng)Na-70-33.5011.2910.9310.0010dK-50-33.2012.311.8612.41hRb30minCs-502.345min 金屬、非金屬同液氨的反應(yīng)金屬、非金屬同液氨的反應(yīng)制備制備NaNH2 加鈉的速度要使氛溶液保加鈉的速度要使氛溶液保持緩和的沸騰。約半小時(shí)加完持緩和的沸騰。約半小時(shí)加完所有的鈉，此時(shí)溶液的藍(lán)色應(yīng)所有的鈉，此時(shí)溶液的藍(lán)色應(yīng)該消失該消失 氨從這里蒸發(fā)掉氨從這里蒸發(fā)掉 U形汞鼓泡管形汞鼓泡管 堿土金屬同液氨的反應(yīng)堿土金屬同液氨的反應(yīng) 鈹和鎂不溶于液氨也不同液氨反應(yīng)，鈹和鎂不溶于液氨也不同液氨

34、反應(yīng)，但是有少量的銨離子存在時(shí)鎂能同液氨反但是有少量的銨離子存在時(shí)鎂能同液氨反應(yīng)并形成不溶性的氨化物，銨離子起催化應(yīng)并形成不溶性的氨化物，銨離子起催化劑的作用。其他堿土金屬像堿金屬一樣，劑的作用。其他堿土金屬像堿金屬一樣，在液氨中也能溶解，形成的溶液能夠慢慢在液氨中也能溶解，形成的溶液能夠慢慢地分解并形成金屬的氨化物；堿土金屬的地分解并形成金屬的氨化物；堿土金屬的鹽也能同液氨反應(yīng)形成相應(yīng)的氨化物。鹽也能同液氨反應(yīng)形成相應(yīng)的氨化物。2324HNH2MgNH2Mg42232NH2)Mg(NHNH4Mg 某些化合物在液氨中的反應(yīng)某些化合物在液氨中的反應(yīng) 很多化合物在液氨中能夠氨解得到相應(yīng)的化合物，例

35、如：很多化合物在液氨中能夠氨解得到相應(yīng)的化合物，例如： ClNH3)NH(BNH6BCl43233 三碘化硼在三碘化硼在-33的液氨中，可直接生成亞胺化合物：的液氨中，可直接生成亞胺化合物：INH6)NH(BNH9BI243233再如再如P4S3也可以同液氨進(jìn)行反應(yīng)：也可以同液氨進(jìn)行反應(yīng)：)NH(SP)NH()NH(SP)NH(SP344C2022344NH343 3333)NH(SP)NH(234434SP100150 非金屬同液氫的反應(yīng)非金屬同液氫的反應(yīng) 硫是非金屬中最易溶于液氨的，溶解后得到一種綠色的硫是非金屬中最易溶于液氨的，溶解后得到一種綠色的溶液，冷卻到溶液，冷卻到84.6時(shí)，又變

36、成了紅色。如果將這種溶液時(shí)，又變成了紅色。如果將這種溶液蒸發(fā)可以得蒸發(fā)可以得S4N4，因此在溶液中發(fā)生的反應(yīng)一種可能是：，因此在溶液中發(fā)生的反應(yīng)一種可能是：SH6NSNH4S102443 制備制備S4N4的反應(yīng)有：的反應(yīng)有： Cl12NHNS16NH6Cl4S44432Cl12NH2SNS16NH6SCl44432 臭氧在臭氧在78同液氨反應(yīng)可以得到硝酸銨：同液氨反應(yīng)可以得到硝酸銨：223433O4OHNONHO4NH2222433O3OHNONHO3NH2 液氨中配合物的生成液氨中配合物的生成 在在Cr(NH3)6(NO 3)3的反應(yīng)中，液氨既是低溫溶劑，又的反應(yīng)中，液氨既是低溫溶劑，又是反

37、應(yīng)物之一：是反應(yīng)物之一： 25336333ClCl)Cr(NHCl)Cr(NH11NH2CrCl在無(wú)氨基化鈉存在時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物以在無(wú)氨基化鈉存在時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物以Cr(NH3)5ClCl2為主，存為主，存在氨基化鈉時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵诎被c時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镃r(NH3)6Cl3:NaCl)Cl(NH)Cr(NHNaNHClCl)Cr(NH22532253 再讓再讓Cr(NH3)5(NH2)Cl2與與HCl反應(yīng)得反應(yīng)得(Cr(NH3)6Cl3；若；若在冰水中與在冰水中與HNO3反應(yīng)，即生成反應(yīng)，即生成 Cr(NH3)6(NO3)3黃色晶體。黃色晶體。 低溫下?lián)]發(fā)性化合物的合成低溫下?lián)]發(fā)性化合物的合成 二氮化三碳的合成

38、二氮化三碳的合成 OH2OCOHC223443 由丙二酸制取由丙二酸制取C3O2的裝置的裝置1-反應(yīng)瓶；2、7、9-旋塞；4-通干燥空氣管；3、6、8-冷阱；5-連通管；10-涂了少量油的橡皮管；11-干燥塔（內(nèi)裝豌豆大小的新灼燒過(guò)的CaO）;12-800mm的壓力管 二氧化三碳的熔點(diǎn)為二氧化三碳的熔點(diǎn)為112.5，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)6.7 。 氯化氰的合成氯化氰的合成 氯化氰分子式為氯化氰分子式為CNCl,為無(wú)色液體或無(wú)色能使人流淚的為無(wú)色液體或無(wú)色能使人流淚的氣體。熔點(diǎn)氣體。熔點(diǎn)6.5，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)13。 CNClNaClClNaCN2 磷化氫的合成磷化氫的合成 磷化氫也稱膦，是一種很毒的無(wú)色氣體，

39、熔點(diǎn)磷化氫也稱膦，是一種很毒的無(wú)色氣體，熔點(diǎn) 132.5，沸點(diǎn)沸點(diǎn)87.4 制備磷化氫的裝置制備磷化氫的裝置 1-發(fā)生瓶；2、48-冷阱；3-干燥管 甲硅烷的制備甲硅烷的制備 制備制備SiH4 最早的方法是用稀鹽最早的方法是用稀鹽酸處理硅化鎂：酸處理硅化鎂：SiMgMgSiO2224C19622MgClSiH4HClSiMg 但該法合成的但該法合成的SiH4中常含有乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷以中常含有乙硅烷、丙硅烷、丁硅烷以及其他高純硅烷。用及其他高純硅烷。用LiAlH4還原還原SiCl4是制備純是制備純SiH4的有效方的有效方法，反應(yīng)器冷卻至法，反應(yīng)器冷卻至-l5-20，SiH4用用-196(戊

40、烷作冷媒戊烷作冷媒)的的捕集器收取，再進(jìn)一步除去痕量的乙醚和氯化氫即得純捕集器收取，再進(jìn)一步除去痕量的乙醚和氯化氫即得純SiH4： 4344SiHAlClLiClLiAlHSiCl 甲鍺烷的制備甲鍺烷的制備 制備反應(yīng)式如下：制備反應(yīng)式如下： 32KHGeOGeOKOHCOOKCHBOHGeHCOOHCHKBHKHGeO3334343 乙硼烷的制備乙硼烷的制備 以四氫硼酸鉀和以四氫硼酸鉀和85%的的H3PO4為原料，在真空中反應(yīng)。為原料，在真空中反應(yīng)。四氫硼酸鉀應(yīng)是新制的，不含碳酸根。在四氫硼酸鉀應(yīng)是新制的，不含碳酸根。在-78的捕集器中冷的捕集器中冷凝下來(lái)的主要是水。凝下來(lái)的主要是水。-196

41、的捕集器中冷凝下來(lái)的才是乙硼的捕集器中冷凝下來(lái)的才是乙硼烷。反應(yīng)式為烷。反應(yīng)式為 KBH4+H3PO4B2H2+H2+K+H2PO4- 肘形加料管 低溫下氣體的分離低溫下氣體的分離 一般來(lái)說(shuō)，非金屬化合物的反應(yīng)不可能很完全，并且副一般來(lái)說(shuō)，非金屬化合物的反應(yīng)不可能很完全，并且副反應(yīng)較多。因此要得到純品，主要靠低溫分離。分離的方法反應(yīng)較多。因此要得到純品，主要靠低溫分離。分離的方法有以下四種。有以下四種。 低溫下的分級(jí)冷凝低溫下的分級(jí)冷凝 低溫下的分級(jí)冷凝就是使氣體混合物通過(guò)不同低溫的冷低溫下的分級(jí)冷凝就是使氣體混合物通過(guò)不同低溫的冷阱，當(dāng)有一種氣體通過(guò)冷阱后其蒸氣壓小于阱，當(dāng)有一種氣體通過(guò)冷阱

42、后其蒸氣壓小于1.3Pa，就認(rèn)為，就認(rèn)為是定量地捕集在冷阱中；大于是定量地捕集在冷阱中；大于133.3Pa的氣體能穿過(guò)冷阱，的氣體能穿過(guò)冷阱，被認(rèn)為不能冷凝。被認(rèn)為不能冷凝。 選擇這種操作時(shí)要注意混合氣體通過(guò)冷阱時(shí)的速度不能選擇這種操作時(shí)要注意混合氣體通過(guò)冷阱時(shí)的速度不能太快，混合物中各組分沸點(diǎn)之差小于太快，混合物中各組分沸點(diǎn)之差小于40時(shí)，通過(guò)分級(jí)冷凝時(shí)，通過(guò)分級(jí)冷凝達(dá)不到定量的分離，但可通過(guò)重復(fù)的分級(jí)冷凝實(shí)現(xiàn)分離。達(dá)不到定量的分離，但可通過(guò)重復(fù)的分級(jí)冷凝實(shí)現(xiàn)分離。 將適量的將適量的B3N3H6與與BCl3反應(yīng)得到的是混合物，要選好冷反應(yīng)得到的是混合物，要選好冷阱進(jìn)行分離，首先要知道它們的沸

43、點(diǎn)阱進(jìn)行分離，首先要知道它們的沸點(diǎn),才好選用和安排冷阱進(jìn)才好選用和安排冷阱進(jìn)行分離。行分離。 B3N3H6 + BCl3反應(yīng)物與產(chǎn)物的混合物反應(yīng)物與產(chǎn)物的混合物B3N3H4Cl2 （b.p.151.9）B3N3H5Cl （b.p.109.5）需）需-45.2冷阱冷阱B3N3H6 （b.p50.6） 需需-78.5冷阱冷阱B2H6 （b.p.-86） 需需-111.6冷阱冷阱H2 （b.p.-253） 需需-196冷阱冷阱室溫室溫116h 低溫下的分級(jí)減壓蒸發(fā)低溫下的分級(jí)減壓蒸發(fā) 這是分離兩種沸點(diǎn)之差這是分離兩種沸點(diǎn)之差大于大于80揮發(fā)物質(zhì)最簡(jiǎn)單的揮發(fā)物質(zhì)最簡(jiǎn)單的方法。欲分離物裝在下面浸方法。欲

44、分離物裝在下面浸在液氨中的玻璃泡中，使冷在液氨中的玻璃泡中，使冷氮?dú)饬鹘?jīng)真空管夾套，氮?dú)饬鹘?jīng)真空管夾套，保持保持溫度在溫度在-130左右，讓混合左右，讓混合物升溫回流，減小冷氮?dú)饬?，物升溫回流，減小冷氮?dú)饬?，使夾套升溫直至易揮發(fā)組分使夾套升溫直至易揮發(fā)組分被泵抽走。被泵抽走。 低溫吸附分離低溫吸附分離 從熱力學(xué)可知，物理吸附過(guò)程中吸附是放熱的。因此，從熱力學(xué)可知，物理吸附過(guò)程中吸附是放熱的。因此，吸附量將隨溫度的升高而降低。但當(dāng)氣體吸附質(zhì)分子吸附量將隨溫度的升高而降低。但當(dāng)氣體吸附質(zhì)分子(如如N2、Ar、CO等等)的大小與吸附劑的孔徑接近時(shí)，它們的活化能很的大小與吸附劑的孔徑接近時(shí)，它們的活化

45、能很低，而且低，而且在很低的溫度下，沸石的孔徑發(fā)生收縮，從而增加在很低的溫度下，沸石的孔徑發(fā)生收縮，從而增加了這些分子在晶孔中擴(kuò)散難度，就會(huì)出現(xiàn)特殊的情況。例如，了這些分子在晶孔中擴(kuò)散難度，就會(huì)出現(xiàn)特殊的情況。例如，O2、N2、Ar、CO等氣體在等氣體在4型沸石上的吸附等壓線，其中型沸石上的吸附等壓線，其中對(duì)于對(duì)于O2的吸附量是隨溫度的下降而增加，在的吸附量是隨溫度的下降而增加，在0時(shí)只有微量時(shí)只有微量的吸附的吸附,而在而在-196時(shí)吸附量可達(dá)時(shí)吸附量可達(dá)130 mLg-1(18.6)，對(duì)于，對(duì)于N2、Ar、CO等氣體在等氣體在-800、吸附量隨溫度的降低而增加，、吸附量隨溫度的降低而增加，而

46、在而在-196-80 的范圍內(nèi)吸附量隨溫度的降低而減小。也就的范圍內(nèi)吸附量隨溫度的降低而減小。也就是說(shuō)，吸附量在是說(shuō)，吸附量在-80左右有一個(gè)極大值。左右有一個(gè)極大值。 從空氣分離出來(lái)的從空氣分離出來(lái)的稀有氣體稀有氣體混合物如用吸附劑反復(fù)進(jìn)混合物如用吸附劑反復(fù)進(jìn)行吸附、解吸操作就可達(dá)提純目的。吸附劑可用活性炭、硅行吸附、解吸操作就可達(dá)提純目的。吸附劑可用活性炭、硅膠等。膠等。 解吸氣體解吸氣體殘留氣體殘留氣體溫度范圍溫度范圍/適宜溫度適宜溫度/氦氖（+氬+氪+氙）230120220（氦）+氖氬（+氪+氙）210130185（氦+氖）+氬氪（ +氙）1309293（氦+氖+氬）+氪氙927278

47、氙氡725060 低溫化學(xué)分離低溫化學(xué)分離 當(dāng)碰到兩種化合物通過(guò)它們的揮發(fā)性的差別進(jìn)行分離達(dá)當(dāng)碰到兩種化合物通過(guò)它們的揮發(fā)性的差別進(jìn)行分離達(dá)不到理想結(jié)果時(shí)，可以加上過(guò)量的第三種化合物，第三種化不到理想結(jié)果時(shí)，可以加上過(guò)量的第三種化合物，第三種化合物能同其中一種形成不揮發(fā)性的化合物，這樣把揮發(fā)性的合物能同其中一種形成不揮發(fā)性的化合物，這樣把揮發(fā)性的組分除去之后，再向不揮發(fā)性產(chǎn)物中加入過(guò)量的第四種化合組分除去之后，再向不揮發(fā)性產(chǎn)物中加入過(guò)量的第四種化合物。這第四種化合物可以從不揮發(fā)性化合物中把原來(lái)的組分物。這第四種化合物可以從不揮發(fā)性化合物中把原來(lái)的組分置換出來(lái)，同先前加入的第三種化合物形成不揮發(fā)

48、性的化合置換出來(lái)，同先前加入的第三種化合物形成不揮發(fā)性的化合物。例如，物。例如，SF4的低溫純化是個(gè)典型例子。的低溫純化是個(gè)典型例子。3.2 高溫合成高溫合成 3.2.1 概念與實(shí)例概念與實(shí)例耐磨.耐腐蝕合金鋼件 高硬度高耐磨性刀具材料高速切割刀具 耐磨耐高溫導(dǎo)熱快 熱震穩(wěn)定性部件需要高溫加工的零部件需要高溫加工的零部件 尖晶石型亞鉻酸鹽的高溫合成尖晶石型亞鉻酸鹽的高溫合成 鉻酸鹽先驅(qū)物灼燒溫度/MnCr2O4(NH4)2Mg(CrO4)26H2O11001200NiCr2O4(NH4)2Ni(CrO4)26H2O1100MnCr2O4MnCr2O74C5H5N1100CoCr2O4CoCr2

49、O74C5H5N1200CuCr2O4(NH4)2Cu(CrO4)22NH3700800ZnCr2O4(NH4)2Zn(CrO4)22NH31400FeCr2O4NH4Fe(CrO4)21150各種尖晶石各種尖晶石 渦輪機(jī)渦輪機(jī)制造人員一直被選用耐高溫的葉片材料而困制造人員一直被選用耐高溫的葉片材料而困擾。美國(guó)一所大學(xué)研制出一種理想的渦輪機(jī)葉片材料。這是擾。美國(guó)一所大學(xué)研制出一種理想的渦輪機(jī)葉片材料。這是一種金屬陶瓷化合物，主要成分是鈦、硅和碳。該材料的耐一種金屬陶瓷化合物，主要成分是鈦、硅和碳。該材料的耐高溫性能比目前最好的超級(jí)合金還好，并可承受溫度劇變，高溫性能比目前最好的超級(jí)合金還好，并

50、可承受溫度劇變，還具有耐腐蝕、耐氧化、導(dǎo)熱性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且其硬度達(dá)金剛還具有耐腐蝕、耐氧化、導(dǎo)熱性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且其硬度達(dá)金剛石的三分之二。石的三分之二。金屬陶瓷的組成和應(yīng)用金屬陶瓷的組成和應(yīng)用 為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，在制作陶瓷的為了使陶瓷既可以耐高溫又不容易破碎，在制作陶瓷的黏土中加入金屬氧化物細(xì)粉制成金屬陶瓷，又稱彌散增強(qiáng)材黏土中加入金屬氧化物細(xì)粉制成金屬陶瓷，又稱彌散增強(qiáng)材料料 ，主要有燒結(jié)鋁，主要有燒結(jié)鋁(鋁鋁-氧化鋁氧化鋁) 、燒結(jié)鈹（鈹、燒結(jié)鈹（鈹-氧化鈹）、氧化鈹）、TD鎳（鎳鎳（鎳-氧化釷）等。它是由一種或幾種陶瓷相與金屬相或合氧化釷）等。它是由一種或幾種陶瓷相與金屬相

51、或合金所組成的復(fù)合材料。廣義的金屬陶瓷還包括難熔化合物合金所組成的復(fù)合材料。廣義的金屬陶瓷還包括難熔化合物合金、硬質(zhì)合金、金屬黏結(jié)的金剛石工具材料。金屬陶瓷廣泛金、硬質(zhì)合金、金屬黏結(jié)的金剛石工具材料。金屬陶瓷廣泛地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、燃燒室的火焰噴地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、燃燒室的火焰噴口等的制備?？诘鹊闹苽?。3.2.2 高溫的獲得高溫的獲得獲得高溫的一些方法和達(dá)到的溫度獲得高溫的一些方法和達(dá)到的溫度 獲得高溫的方法溫度/K各種高溫電阻爐12733273聚焦?fàn)t40006000閃光放電4273等離子體電弧20000激光105106原子核的分離和聚變106109高溫粒子

52、10101014 電阻爐電阻爐電阻發(fā)熱材料的最高工作溫度電阻發(fā)熱材料的最高工作溫度名稱名稱最高工作溫度最高工作溫度/備注備注鎳鉻絲1060硅碳棒1400鉑絲1400鉑90%銠10%合金絲1540鉬絲1650真空硅化鉬棒1700鎢絲1700真空ThO285%,CeO215%1850ThO295%,La2O35%1950鉭絲2000真空Z(yǔ)rO22400石墨棒2500真空鎢管3000真空碳管2500 高溫箱形電阻爐高溫箱形電阻爐 碳化硅電爐碳化硅電爐 碳化硅電爐碳化硅電爐1-外殼（金屬板制）；2-絕熱材料；3-套管；4-爐心管；5-碳硅棒；6-面管 可加熱到可加熱到1350，也可以短時(shí)間加熱到，也可

53、以短時(shí)間加熱到 1500 。 碳管爐碳管爐 用碳制管作為發(fā)熱元件的電阻爐。因?yàn)樗鼈兊碾娮韬苄?，用碳制管作為發(fā)熱元件的電阻爐。因?yàn)樗鼈兊碾娮韬苄?，所以也稱為所以也稱為“短路電爐短路電爐”。使用變壓器調(diào)節(jié)溫度，爐子加熱。使用變壓器調(diào)節(jié)溫度，爐子加熱所需電壓約為所需電壓約為10V，電流可以從幾百到一千安培。這種爐可，電流可以從幾百到一千安培。這種爐可以很容易地達(dá)到以很容易地達(dá)到2000的高溫。的高溫。超高溫碳管爐超高溫碳管爐真空碳管爐真空碳管爐 鎢管爐鎢管爐 用鎢作發(fā)熱體的加熱爐。由于鎢易被氧化，同時(shí)也為了用鎢作發(fā)熱體的加熱爐。由于鎢易被氧化，同時(shí)也為了保溫良好起見(jiàn)，該爐在保溫良好起見(jiàn)，該爐在1.3

54、(10-310-4)Pa的真空下操作，如的真空下操作，如電壓為電壓為10V，電流為，電流為1000 A，則溫度可達(dá)，則溫度可達(dá)3000。1-黃銅底盤(pán)；黃銅底盤(pán)；2-銅罩；銅罩；3-銅制蛇形管；銅制蛇形管；4-玻璃鐘罩；玻璃鐘罩；5-可卸下的蓋；可卸下的蓋；6-鎢管；鎢管；7-鎢片鎢片 感應(yīng)爐感應(yīng)爐 感應(yīng)爐主要部件是一個(gè)像變壓器初級(jí)感應(yīng)爐主要部件是一個(gè)像變壓器初級(jí)線圈載有交流電的螺旋形線圈，放在線圈線圈載有交流電的螺旋形線圈，放在線圈內(nèi)的被加熱的導(dǎo)體就像變壓器的次級(jí)線圈，內(nèi)的被加熱的導(dǎo)體就像變壓器的次級(jí)線圈，它們之間沒(méi)有電路連接。當(dāng)線圈上通有交它們之間沒(méi)有電路連接。當(dāng)線圈上通有交流電時(shí)，在被加熱

55、體內(nèi)產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流電時(shí)，在被加熱體內(nèi)產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流，稱為渦流。由于導(dǎo)體電阻小，因此渦流，稱為渦流。由于導(dǎo)體電阻小，因此渦流很大；又由于交流的線圈產(chǎn)生的磁力線流很大；又由于交流的線圈產(chǎn)生的磁力線不斷改變方向，因此感應(yīng)的渦流也不斷改不斷改變方向，因此感應(yīng)的渦流也不斷改變方向，新感應(yīng)的渦流受到反向渦流的阻變方向，新感應(yīng)的渦流受到反向渦流的阻滯，就導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)換為熱能，使被加熱物滯，就導(dǎo)致電能轉(zhuǎn)換為熱能，使被加熱物很快發(fā)熱并達(dá)到高溫（幾秒之內(nèi)可達(dá)很快發(fā)熱并達(dá)到高溫（幾秒之內(nèi)可達(dá)3000）。）。 電弧爐電弧爐 電弧爐常用于熔煉金屬，如鈦、鋯等，也可用于制備高電弧爐常用于熔煉金屬，如鈦、鋯等，也可用

56、于制備高熔點(diǎn)化合物，如碳化物、硼化物以及低價(jià)的氧化物等。電流熔點(diǎn)化合物，如碳化物、硼化物以及低價(jià)的氧化物等。電流由直流發(fā)電機(jī)或整流器供應(yīng)。起弧熔煉之前，先將系統(tǒng)抽至由直流發(fā)電機(jī)或整流器供應(yīng)。起弧熔煉之前，先將系統(tǒng)抽至真空，然后通入情性氣體，以免空氣滲入爐內(nèi)，正壓也不宜真空，然后通入情性氣體，以免空氣滲入爐內(nèi)，正壓也不宜過(guò)高，以減少損失。過(guò)高，以減少損失。幾種管式電爐的比較幾種管式電爐的比較 管式爐名稱管式爐名稱加熱元件加熱元件/發(fā)熱體發(fā)熱體加熱溫度加熱溫度使用氣氛使用氣氛碳化硅電爐碳化硅/碳硅棒(管)1350/1500(短時(shí))還原性氣氛，也可為惰性氣氛或氫氣氛碳管爐碳管2000鎢管爐鎢管300

57、03.2.3 高溫測(cè)溫儀表高溫測(cè)溫儀表 溫度測(cè)量方法通常分為接觸式與非接觸溫度測(cè)量方法通常分為接觸式與非接觸式兩種。接觸式測(cè)溫是測(cè)溫元件要與被測(cè)物式兩種。接觸式測(cè)溫是測(cè)溫元件要與被測(cè)物體有良好的熱接觸，使兩者處于相同溫度，體有良好的熱接觸，使兩者處于相同溫度，由測(cè)溫元件感知被測(cè)物體溫度。非接觸式與由測(cè)溫元件感知被測(cè)物體溫度。非接觸式與接觸式相反，測(cè)溫元件不與被測(cè)物體接觸，接觸式相反，測(cè)溫元件不與被測(cè)物體接觸，而是利用物體的熱輻射或電磁性質(zhì)來(lái)測(cè)定物而是利用物體的熱輻射或電磁性質(zhì)來(lái)測(cè)定物體的溫度。用得較多的高溫測(cè)溫儀表是熱電體的溫度。用得較多的高溫測(cè)溫儀表是熱電偶高溫計(jì)，一般可達(dá)偶高溫計(jì)，一般可達(dá)

58、2000，某些情況下可，某些情況下可達(dá)達(dá)3000。在更高的溫度下可用光學(xué)高溫計(jì)，。在更高的溫度下可用光學(xué)高溫計(jì)，可測(cè)可測(cè)7006000，但低溫段不準(zhǔn)。，但低溫段不準(zhǔn)。 高溫紅外線高溫紅外線 測(cè)溫儀測(cè)溫儀 接觸式接觸式測(cè)測(cè)溫溫儀儀表表非接觸式非接觸式光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)(輻射法：輻射法：400 2000C；部分：；部分：03000C)輻射高溫計(jì)輻射高溫計(jì)(亮度高溫計(jì)亮度高溫計(jì)800 3200C)比色高溫計(jì)比色高溫計(jì)(50 3200C)固體膨脹式溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)液體膨脹式溫度計(jì)(-200 600C)壓力表式壓力表式溫溫 度度 計(jì)計(jì)充液體型充液體型充氣體

59、型充氣體型充蒸氣型充蒸氣型(-200 600C)熱電偶熱電偶溫度計(jì)溫度計(jì)特殊熱電阻特殊熱電阻鉑熱電阻鉑熱電阻銅熱電阻銅熱電阻半導(dǎo)體熱電阻半導(dǎo)體熱電阻(-258 900C)熱電偶熱電偶鉑銠鉑銠- -鉑熱電偶鉑熱電偶鎳鉻鎳鉻- -鎳硅熱電偶鎳硅熱電偶鎳鉻鎳鉻- -康銅熱電偶康銅熱電偶特殊熱電偶特殊熱電偶(-200 1800C)( 2800C)3.2.4 高溫合成技術(shù)的廣泛應(yīng)用高溫合成技術(shù)的廣泛應(yīng)用 高溫下的固相合成反應(yīng)高溫下的固相合成反應(yīng) 例如，合成例如，合成C、N、B、Si等二元陶瓷化合物、多種類型等二元陶瓷化合物、多種類型的復(fù)合氧化物、陶瓷和玻璃態(tài)物質(zhì)，都是高溫下的固相反應(yīng)。的復(fù)合氧化物、陶瓷

60、和玻璃態(tài)物質(zhì)，都是高溫下的固相反應(yīng)。 復(fù)合外套交流無(wú)間隙金屬氧化物復(fù)合外套交流無(wú)間隙金屬氧化物金屬保持玻璃態(tài)金屬保持玻璃態(tài) 尖晶石型尖晶石型MgAlMgAl2 2O O4 4的高溫固相合成的高溫固相合成Wagner機(jī)理機(jī)理 界面界面MgO/MgAl2O4 4223OMgAl4MgO3Mg2Al界面界面MgAl2O4/Al2O3 423232O3MgAlO4Al2Al3Mg總反應(yīng)總反應(yīng) 4232O4MgAlO4Al4MgO 單晶硼酸鋁微管的高溫固相合成單晶硼酸鋁微管的高溫固相合成 L. An等以等以Al2O3和和BN為原料，在空氣中采用高溫固相為原料，在空氣中采用高溫固相反應(yīng)成功地獲得了單晶硼酸鋁微管。